DE102005062514A1 - Multi-purpose light emitting diode incorporates selective wavelength trap - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement mit Wellenlängenkonversionsstoff.The The present invention relates to an optoelectronic device with wavelength conversion substance.
Strahlungsemittierende optoelektronische Bauelemente mit Wellenlängenkonversionsstoff sind beispielsweise in der Druckschrift WO 97/50132 beschrieben. Ein solches optoelektronisches Bauelement umfasst einen Halbleiterkörper, der elektromagnetische Strahlung emittiert und einen Wellenlängenkonversionsstoff, der einen Teil dieser Strahlung in Strahlung anderer, in der Regel größerer, Wellenlängen umwandelt.radiation Optoelectronic components with wavelength conversion substance are, for example in WO 97/50132. Such an optoelectronic Component comprises a semiconductor body, the electromagnetic Radiation emitted and a wavelength conversion substance, the one Part of this radiation into radiation of other, usually larger, wavelengths converted.
Wie
beispielsweise in der Druckschrift
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optoelektronisches Bauelement mit Wellenlängenkonversionsstoff anzugeben, das eine hohe Effizienz aufweist.A Object of the present invention is an optoelectronic Component with wavelength conversion substance indicate that has a high efficiency.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungen des optoelektronischen Bauelementes sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 26 angegeben.These The object is achieved by an optoelectronic component having the features of claim 1 solved. Advantageous developments and embodiments of the optoelectronic Component are in the dependent claims 2 to 26 indicated.
Ein optoelektronisches Bauelement mit hoher Effizienz umfasst insbesondere:
- – einen Halbleiterkörper, der eine aktive Halbleiterschichtenfolge umfasst, die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung einer ersten Wellenlänge zu erzeugen, die von einer Vorderseite des Halbleiterkörpers emittiert wird,
- – einen dem Halbleiterkörper in dessen Abstrahlrichtung nachgeordneten ersten Wellenlängenkonversionsstoff, der Strahlung der ersten Wellenlänge in Strahlung einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge umwandelt, und
- – eine erste selektiv reflektierende Schicht zwischen der aktiven Halbleiterschichtenfolge und dem ersten Wellenlängenkonversionsstoff, die Strahlung der zweiten Wellenlänge selektiv reflektiert und für Strahlung der ersten Wellenlänge durchlässig ist.
- A semiconductor body comprising an active semiconductor layer sequence suitable for generating electromagnetic radiation of a first wavelength emitted from a front side of the semiconductor body,
- A first wavelength conversion substance arranged downstream of the semiconductor body in its radiation direction, which converts radiation of the first wavelength into radiation of a second wavelength different from the first wavelength, and
- A first selectively reflecting layer between the active semiconductor layer sequence and the first wavelength conversion substance which selectively reflects radiation of the second wavelength and is transmissive to radiation of the first wavelength.
Mit Hilfe der ersten selektiv reflektierenden Schicht, die zwischen der aktiven Halbleiterschichtenfolge und dem ersten Wellenlängenkonversionsstoff angeordnet ist, wird die Effizienz des Bauelementes vorteilhafterweise erhöht, da diese verhindert, dass konvertierte Strahlung der zweiten Wellenlänge in die aktive Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers zurück reflektiert und dort absorbiert wird.With Help the first selective reflective layer between the active semiconductor layer sequence and the first wavelength conversion substance is arranged, the efficiency of the device is advantageously elevated, because this prevents second wavelength converted radiation in the active semiconductor layer sequence of the semiconductor body is reflected back and absorbed there.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste selektiv reflektierende Schicht monolithisch in die strahlungsemittierende Vorderseite des Halbleiterkörpers integriert. Bei dieser Ausführungsform wird die erste selektiv reflektierende Schicht in der Regel mit Prozessen hergestellt, die auch zur Herstellung des Halbleiterkörpers verwendet werden oder mit diesen gut kompatibel sind, wie beispielsweise Sputtern oder epitaktisches Wachstum. Hierdurch wird vorteilhafterweise ein technisch einfacher Herstellungsprozess ermöglicht.at a preferred embodiment is the first selectively reflecting layer monolithic in the integrated radiation-emitting front of the semiconductor body. In this embodiment the first selectively reflecting layer usually with processes manufactured, which also used for the production of the semiconductor body or are compatible with these, such as sputtering or epitaxial growth. This is advantageously a technically easier manufacturing process allows.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste selektiv reflektierende Schicht auch seitlich des Halbleiterkörpers ausgebildet, beispielsweise auf der Bodenfläche eines Bauelementgehäuses oder eines Trägers, auf den der Halbleiterkörper montiert ist. Ist der Halbleiterkörper in die Ausnehmung eines Bauelementgehäuses mit Seitenflächen montiert, so sind bevorzugt auch die die Ausnehmung begrenzenden Seitenflächen des Halbleiterkörpers mit der ersten selektiv reflektierenden Schicht versehen. Durch die Ausbildung der ersten selektiv reflektierenden Schicht seitlich des Halbleiterkörpers wird vorteilhafterweise konvertierte Strahlung in den Halbleiterkörper oder zur Vorderseite des Bauelementes reflektiert, die ansonsten von dem Bauelementgehäuse absorbiert wird.at a further preferred embodiment is the first selective reflective layer also on the side of the Semiconductor body formed, for example, on the bottom surface of a component housing or a carrier, on the the semiconductor body is mounted. Is the semiconductor body in the recess of a component housing with side surfaces mounted, so are preferably the limiting the recess faces of the semiconductor body provided with the first selectively reflecting layer. By the formation of the first selectively reflecting layer laterally of the semiconductor body is advantageously converted radiation into the semiconductor body or reflected to the front of the device, otherwise from the component housing is absorbed.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist seitlich des Halbleiterkörpers alternativ zu der ersten selektiv reflektierenden Schicht eine weitere glatt oder diffus reflektierende Schicht ausgebildet. Diese ist bevorzugt so ausgebildet, dass sie Strahlung eines deutlich größeren Wellenlängenbereiches reflektiert, der besonders bevorzugt konvertierte und unkonvertierte Strahlung umfasst. So wird mit Vorteil auch die Absorption unkonvertierter Strahlung, beispielsweise durch das Material eines Bauelementgehäuses oder Trägers auf den der Halbleiterkörper montiert ist, deutlich verringert. Als weitere reflektierende Schicht wird bevorzugt eine Metallschicht eingesetzt, die beispielsweise Gold oder Silber aufweist. Gegenüber der ersten selektiv reflektierenden Schicht kann die weitere reflektierende Schicht in der Regel deutlich einfacher hergestellt werden, da die Anforderungen an ihre Reflektivität geringer sind.In a further preferred embodiment, another smooth or diffusely reflecting layer is formed laterally of the semiconductor body as an alternative to the first selectively reflecting layer. This is preferably designed such that it reflects radiation of a significantly larger wavelength range, which particularly preferably comprises converted and unconverted radiation. Thus, the absorption of unconverted radiation, for example by the material of a component housing or carrier on which the semiconductor body is mounted, is also significantly reduced. As a further reflective layer, a metal layer is preferably used, which has, for example, gold or silver. Compared with the first selectively reflecting layer, the further reflective layer can generally be manufactured much more easily because their reflectivity requirements are lower.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform stammt die erste Wellenlänge aus dem ultravioletten, blauen oder grünen Spektralbereich. Da Wellenlängenkonversionsstoffe Strahlung in der Regel in Strahlung größerer Wellenlängen umwandeln sind in Verbindung mit der Anwendung mit Wellenlängenkonversionsstoffen Wellenlängen aus dem kurzwelligen Ende des sichtbaren Spektralbereichs und des ultravioletten Spektralbereichs besonders geeignet.at a preferred embodiment the first wavelength from the ultraviolet, blue or green spectral range. Because wavelength conversion substances Typically convert radiation into radiation of larger wavelengths are wavelengths in conjunction with the application with wavelength conversion materials the shortwave end of the visible spectral range and the ultraviolet Spectral range particularly suitable.
Ein Halbleiterkörper der geeignet ist, ultraviolette, blaue und/oder grüne Strahlung zu emittieren, umfasst in der Regel eine aktive Schichtenfolge, die auf einem Nitrid- oder Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basiert.One Semiconductor body which is suitable, ultraviolet, blue and / or green radiation to emit usually comprises an active layer sequence, that on a nitride or phosphide compound semiconductor material based.
Mit dem Begriff „aktive Schichtenfolge, die auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert" ist im vorliegenden Zusammenhang eine aktive Schichtenfolge gemeint, die ein Nitrid-III-Verbindungshalbleitermaterial umfasst, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mN, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es insbesondere ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften von AlnGamIn1-n-mN-Material im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.By the term "active layer sequence based on a nitride compound semiconductor material" is meant in the present context an active layer sequence comprising a nitride III compound semiconductor material, preferably Al n Ga m In 1 nm N, where 0 ≦ n ≦ 1 , 0 ≤ m ≤ 1 and n + m ≤ 1. In this case, this material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula, but in particular may contain one or more dopants and additional constituents which have the characteristic physical properties of Al n Ga m Substantially do not change in 1-nm N material, but for the sake of simplicity, the above formula contains only the essential components of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even though these may be partially replaced by small amounts of other substances.
Weiterhin ist mit dem Begriff „aktive Schichtenfolge, die auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basiert" im vorliegenden Zusammenhang eine aktive Schichtenfolge gemeint, die ein Phosphid-III-Verbindungshalbleitermaterial umfasst, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mP, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es insbesondere ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften von AlnGamIn1-n-mP-Material im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, P), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.Further, the term "active layer sequence based on a phosphide compound semiconductor material" in the present context means an active layer sequence comprising a phosphide III compound semiconductor material, preferably Al n Ga m In 1-nm P, where 0 ≦ n ≦ 1, 0 ≦ m ≦ 1 and n + m ≦ 1. In this case, this material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula, but rather it may in particular comprise one or more dopants and additional constituents which have the characteristic physical properties of Al n Ga m Essentially do not change in 1-nm P material, but for the sake of simplicity, the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, P), even though these may be partially replaced by small amounts of other substances.
Die aktive Schichtenfolge des Halbleiterkörpers ist beispielsweise epitaktisch gewachsen und umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfachquantentopf oder besonders bevorzugt eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW) zur Strahlungserzeugung. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur beinhaltet hierbei keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.The For example, the active layer sequence of the semiconductor body is epitaxial grown and preferably comprises a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well or more preferably a multiple quantum well structure (MQW) for radiation generation. The term quantum well structure includes no information about the dimensionality the quantization. It thus includes, among other quantum wells, quantum wires and Quantum dots and any combination of these structures.
Beispiele
für MQW-Strukturen
sind in den Druckschriften WO 01/39282,
Als Halbleiterkörper kann zum Beispiel ein Leuchtdiodenchip (kurz „LED-Chip") verwendet werden.When Semiconductor body For example, a light-emitting diode chip ("LED chip" for short) can be used.
Stammt die erste Wellenlänge aus dem sichtbaren Spektralbereich, beispielsweise aus dem blauen oder grünen Spektralbereich, so emittiert das Bauelement bevorzugt Mischstrahlung, die Strahlung der ersten Wellenlänge und Strahlung der zweiten Wellenlänge umfasst. Durch Wahl und Konzentration des Wellenlängenkonversionsstoffes werden so Bauelemente hergestellt, deren Farbort in weiten Bereichen eingestellt werden kann. Besonders bevorzugt umfasst die Mischstrahlung Strahlung derart unterschiedlicher Farben, dass der Farbort der Mischstrahlung im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel liegt.dates the first wavelength from the visible spectral range, for example from the blue one or green Spectral range, the component preferably emits mixed radiation, the radiation of the first wavelength and radiation of the second wavelength. By choice and Concentration of the wavelength conversion substance In this way, components are produced whose color coordinates are in many areas can be adjusted. Particularly preferably, the mixed radiation comprises Radiation of such different colors that the color of the Mixed radiation in white Area of the CIE standard color chart.
Besonders bevorzugt wird ein Halbleiterkörper verwendet, der Strahlung einer ersten Wellenlänge aus dem blauen Spektralbereich emittiert in Verbindung mit einem Wellenlängenkonversionsstoff, der diese blaue Strahlung in Strahlung einer zweiten Wellenlänge aus dem gelben Spektralbereich umwandelt. So ist mit Vorteil auf technisch einfache Art und Weise ein optoelektronisches Bauelement realisierbar, das Mischstrahlung mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel aussendet.Especially a semiconductor body is preferred used, the radiation of a first wavelength from the blue spectral range emitted in conjunction with a wavelength conversion substance containing these blue radiation in radiation of a second wavelength converted to the yellow spectral range. So with advantage on technical simple way to realize an optoelectronic component, the mixed radiation with a color locus in the white area of the CIE standard color chart sending out.
Emittiert der verwendete Halbleiterkörper jedoch nur Strahlung einer ersten Wellenlänge aus dem nicht-sichtbaren Spektralbereich, beispielsweise aus dem ultravioletten, so wird eine möglichst vollständige Konversion dieser Strahlung angestrebt, da diese nicht zur Helligkeit des Bauelementes beiträgt. Im Fall von kurzwelliger Strahlung, wie UV-Strahlung, kann diese sogar das menschliche Auge schädigen. Aus diesem Grund sind bei solchen Bauelementen bevorzugt Maßnahmen vorgesehen, die verhindern sollen, dass das Bauelement kurzwellige Strahlung aussendet. Solche Maßnahmen können zum Beispiel Absorberpartikel oder reflektierende Elemente sein, die dem ersten Wellenlängenkonversionsstoff in Abstrahlrichtung des Halbleiterkörpers nachgeordnet sind und die unerwünschte kurzwellige Strahlung absorbieren oder zurück zum Wellenlängenkonversionsstoff reflektieren.However, if the semiconductor body used emits only radiation of a first wavelength from the non-visible spectral range, for example from the ultraviolet, the most complete possible conversion of this radiation is sought since this does not contribute to the brightness of the component. In the case of short-wave radiation, such as UV radiation, this can even damage the human eye. For this reason, measures are preferably provided in such components, which are intended to prevent the device emits short-wave radiation. Such measures can be, for example, absorber particles or reflective elements, which are arranged downstream of the first wavelength conversion substance in the emission direction of the semiconductor body and remove the unwanted short-wave radiation sorb or reflect back to the wavelength conversion substance.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement einen zweiten Wellenlängenkonversionsstoff, der Strahlung der ersten Wellenlänge in Strahlung einer von der ersten und zweiten Wellenlänge verschiedenen dritten Wellenlänge umwandelt.at a preferred embodiment the optoelectronic component comprises a second wavelength conversion substance, the radiation of the first wavelength in radiation different from the first and second wavelengths third wavelength transforms.
Wie bereits oben erläutert, wird bei Verwendung eines Halbleiterkörpers, der nur Strahlung einer ersten Wellenlänge aus nicht-sichtbaren Spektralbereichen emittiert, wie beispielsweise ultraviolette Strahlung, in der Regel eine möglichst vollständige Konversion dieser Strahlung angestrebt. Durch den Einsatz eines zweiten Wellenlängenkonversionsstoffes, der Strahlung der ersten Wellenlänge in Strahlung einer von der ersten und der zweiten Wellenlänge verschiedenen dritten Wellenlänge umwandelt, ist es vorteilhafterweise möglich ein Bauelement zu erzielen, das Mischstrahlung aus Strahlung der zweiten und Strahlung der dritten Wellenlänge aussendet. Stammt die erste Wellenlänge aus dem ultravioletten Spektralbereich, wird bevorzugt ein erster Wellenlängenkonversionsstoff ausgewählt, der einen Teil der Strahlung der ersten Wellenlänge in Strahlung einer zweiten Wellenlänge aus dem gelben Spektralbereich umwandelt und ein zweiter Wellenlängenkonversionsstoff, der den restlichen Teil der Strahlung der ersten Wellenlänge in Strahlung einer dritten Wellenlänge aus dem blauen Spektralbereich umwandelt.As already explained above, When using a semiconductor body, only the radiation of a first wavelength emitted from non-visible spectral regions, such as Ultraviolet radiation, usually a conversion as complete as possible aspired to this radiation. By using a second wavelength conversion substance, the radiation of the first wavelength in radiation different from the first and second wavelengths third wavelength converts, it is advantageously possible to achieve a component, the mixed radiation of radiation of the second and radiation of the third wavelength sending out. If the first wavelength comes from the ultraviolet spectral range, Preferably, a first wavelength conversion substance is selected, the a portion of the radiation of the first wavelength in radiation of a second wavelength converted from the yellow spectral region and a second wavelength conversion substance, the remaining part of the radiation of the first wavelength in radiation a third wavelength converted from the blue spectral range.
Umfasst das Bauelement einen Halbleiterkörper, der nur Strahlung einer ersten Wellenlänge aus dem nicht-sichtbaren, ultravioletten Spektralbereich aussendet, so werden Maßnahmen, die verhindern sollen, dass das Bauelement kurzwellige Strahlung aussendet, bevorzugt allen Wellenlängenkonversionsstoffen in Abstrahlrichtung des Halbleiterkörpers nachgeordnet.includes the device has a semiconductor body, the only radiation of a first wavelength from the non-visible, transmits ultraviolet spectral range, so will measures, which should prevent the device shortwave radiation emits, preferably all wavelength conversion materials in the emission direction of the semiconductor body downstream.
Emittiert der Halbleiterkörper Strahlung einer ersten Wellenlänge aus dem sichtbaren Spektralbereich, so emittiert das optoelektronische Bauelement bei Verwendung eines zweiten Wellenlängekonversionsstoffes bevorzugt Mischstrahlung, die Strahlung der ersten, zweiten und dritten Wellenlänge aufweist. Bei einem solchen Bauteil kann vorteilhafterweise der Farbort der Mischstrahlung in besonders großen Bereichen der CIE-Normfarbtafel eingestellt werden.issued the semiconductor body Radiation of a first wavelength from the visible spectral range, so does the optoelectronic Component preferably when using a second wavelength conversion substance Mixed radiation having the radiation of the first, second and third wavelengths. at Such a component can advantageously the color location of the mixed radiation in especially large areas CIE standard color chart.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind der Halbleiterkörper, der erste Wellenlängenkonversionsstoff und der zweite Wellenlängenkonversionsstoff so aufeinander abgestimmt, das die erste Wellenlänge aus dem blauen Spektralbereich, die zweite Wellenlänge aus dem roten Spektralbereich und die dritte Wellelänge aus dem grünen Spektralbereich stammen. Auf diese Weise kann Mischstrahlung mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel erzeugt werden.at a preferred embodiment are the semiconductor body, the first wavelength conversion substance and the second wavelength conversion substance coordinated so that the first wavelength from the blue spectral range, the second wavelength from the red spectral range and the third wavelength length the green Spectral range originate. In this way, mixed radiation with a Color place in white Area of the CIE standard color chart.
Bei der Verwendung eines zweiten Wellenlängenkonversionsstoffes ist die erste selektiv reflektierende Schicht bevorzugt so ausgebildet, dass sie neben der Strahlung der zweiten Wellenlänge auch die Strahlung der dritten Wellenlängen selektiv reflektiert, damit auch die von dem zweiten Wellenlängenkonversionsstoff konvertierte Strahlung vorteilhafterweise nicht in der aktiven Halbleiteschichtenfolge des Halbleiterkörpers absorbiert wird.at the use of a second wavelength conversion substance the first selectively reflecting layer is preferably designed that, in addition to the radiation of the second wavelength, it also sheds the radiation of the third wavelengths selectively reflected, so that of the second wavelength conversion substance advantageously does not convert converted radiation in the active semiconductor layer sequence of the semiconductor body is absorbed.
Besonders bevorzugt emittiert das optoelektronische Bauelement Mischstrahlung mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel, da diese vielfältig Anwendung finden, wie beispielsweise bei der Hinterleuchtung von Displays oder bei der Beleuchtung von Fahrzeugen.Especially Preferably, the optoelectronic component emits mixed radiation with a color spot in white Area of the CIE standard color chart, as they are used in a variety of applications, such as for example, in the backlighting of displays or in lighting of vehicles.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Halbleiterkörper mit einer für die Strahlung des Bauelementes durchlässigen Umhüllung versehen, die den Halbleiterkörper beispielsweise gegen mechanische und chemische Umwelteinflüsse schützt.at a preferred embodiment is the semiconductor body with a for The radiation of the device permeable envelope provided, for example, the semiconductor body protects against mechanical and chemical environmental influences.
Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform ist der erste Wellenlängenkonversionsstoff von der Umhüllung umfasst. Alternativ kann der erste Wellenlängenkonversionsstoff auch von einer Wellenlängenkonversionsschicht umfasst sein. Eine Wellenlängenkonversionsschicht bietet den Vorteil, dass diese einfach reproduzierbar herzustellen ist und weiterhin zu einem weitgehend homogenen Farbeindruck des Bauelementes beiträgt, da die Weglänge der Strahlung innerhalb einer Wellenlängenkonversionsschicht gegenüber der Weglänge in einer Umhüllung auf einfache Weise vereinheitlicht ist. Besonders bevorzugt weist die Wellenlängenkonversionsschicht eine konstante Dicke auf, da dieser Effekt dann vorteilhafterweise besonders zum Tragen kommt.at a further advantageous embodiment is the first wavelength conversion substance of the serving includes. Alternatively, the first wavelength conversion substance may also be derived from a wavelength conversion layer includes his. A wavelength conversion layer offers the advantage that they are easily reproducible is and continues to be a largely homogeneous color impression of Component contributes, because the path length the radiation within a wavelength conversion layer with respect to path length in a serving is unified in a simple way. Particularly preferred the wavelength conversion layer a constant thickness, since this effect then advantageously particularly comes to fruition.
Wird ein zweiter Wellenlängenkonversionsstoff verwendet, so kann die Umhüllung oder die erste Wellenlängenkonversionsschicht zusätzlich zu dem ersten Wellenlängenkonversionsstoff auch den zweiten Wellenlängenkonversionsstoff beinhalten. Weiterhin ist es möglich, dass der zweite Wellenlängenkonversionsstoff von einer zweiten Wellenlängenkonversionsschicht umfasst wird. Auch die zweite Wellenlängenkonversionsschicht weist aus den oben genannten Gründen bevorzugt eine konstante Dicke auf.Becomes a second wavelength conversion substance used, so can the serving or the first wavelength conversion layer additionally to the first wavelength conversion substance also the second wavelength conversion substance include. Furthermore, it is possible that the second wavelength conversion substance from a second wavelength conversion layer is included. Also, the second wavelength conversion layer has for the reasons mentioned above prefers a constant thickness.
Bevorzugt ist eine der Wellenlängenkonversionsschichten angrenzend an den Halbleiterkörper angeordnet.Prefers is one of the wavelength conversion layers arranged adjacent to the semiconductor body.
Besonders bevorzugt weist die Umhüllung ein Matrixmaterial und der erste und/oder zweite Wellenlängenkonversionsstoff Partikel auf, die in dem Matrixmaterial der Umhüllung eingebettet sind. Besonders bevorzugt sind die Partikel des ersten und ggf. des zweiten Wellenlängenkonversionsstoffes homogen in dem Matrixmaterial verteilt, da dies die Homogenisierung des Farbeindrucks des Bauelementes vorteilhafterweise vereinfacht.Especially Preferably, the enclosure has a Matrix material and the first and / or second wavelength conversion substance Particles that are embedded in the matrix material of the enclosure. Especially preferred are the particles of the first and optionally the second wavelength conversion substance homogeneously distributed in the matrix material, since this is the homogenization the color impression of the device advantageously simplified.
Auch die erste und/oder ggf. die zweite Wellenlängenkonversionsschicht weist bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Bauelements ein Matrixmaterial auf und der erste und/oder zweite Wellenlängenkonversionsstoff Partikel, die in dem Matrixmaterial der ersten und/oder ggf. der zweiten Wellenlängenkonversionsschicht eingebettet und besonders bevorzugt homogen verteilt sind.Also the first and / or possibly the second wavelength conversion layer has in an expedient embodiment of the device on a matrix material and the first and / or second Wavelength conversion material Particles in the matrix material of the first and / or possibly the second wavelength conversion layer embedded and more preferably homogeneously distributed.
Sind zwei Wellenlängenkonversionsstoffe in dem Bauelement verwendet, so sind diese bei einer Ausführungsform räumlich getrennt angeordnet, derart, dass das Bauelement zwei voneinander verschiedene Bereiche umfasst, von denen jeder nur einen der beiden Wellenlängenkonversionsstoffe aufweist. So können die beiden Wellenlängenkonversionsstoffe beispielsweise räumlich getrennt voneinander angeordnet werden, indem der erste Wellenlängenkonversionsstoff in der Umhüllung des Halbleiterkörpers enthalten ist und der zweite Wellenlängenkonversionsstoff in einer zweiten Wellenlängenkonversionsschicht angrenzend an den Halbleiterkörper. Weiterhin ist es möglich, die zwei Wellenlängenkonversionsstoffe räumlich getrennt anzuordnen, indem diese von zwei verschiedenen Wellenlängenkonversionsschichten umfasst werden, von denen eine beispielsweise angrenzend an den Halbleiterkörper angeordnet und die andere dieser in Abstrahlrichtung des Halbleiterkörpers nachgeordnet ist.are two wavelength conversion materials used in the device, so they are in one embodiment spatial arranged separately, such that the device is two from each other includes different areas, each of which is just one of the two Wavelength conversion substances having. So can the two wavelength conversion substances for example spatially be separated from each other by the first wavelength conversion substance in the serving of the semiconductor body is contained and the second wavelength conversion substance in a second wavelength conversion layer adjacent to the semiconductor body. Farther Is it possible, the two wavelength conversion materials spatial Separate these by two different wavelength conversion layers are included, one of which, for example, adjacent to the Semiconductor body arranged and the other of these downstream in the emission direction of the semiconductor body is.
Sind die beiden Wellenlängenkonversionsstoffe räumlich getrennt angeordnet, so sind der Bereich, der den ersten Wellenlängenkonversionsstoff enthält und der Bereich, der den zweiten Wellenlängenkonversionsstoff enthält, besonders bevorzugt der strahlungsemittierenden Vorderseite des Halbleiterkörpers so nachgeordnet, dass die Wellenlänge in die Strahlung der ersten Wellenlänge von dem jeweiligen Wellenlängenkonversionsstoff konvertiert wird, vom Halbleiterkörper her gesehen in dessen Abstrahlrichtung jeweils kürzer ist als die Wellenlänge in die der bezüglich der Abstrahlrichtung des Halbleiterkörpers vorangehenden Wellenlängenkonversionsstoff die Strahlung der ersten Wellenlänge konvertiert. Eine derart räumlich getrennte Anordnung der Wellenlängenkonversionsstoffe bietet den Vorteil, dass Absorption von bereits von dem einen Wellenlängenkonversionsstoff konvertierter Strahlung durch den anderen Wellenlängenkonversionsstoff besonders effektiv verringert werden kann.are the two wavelength conversion substances spatial arranged separately, so are the area containing the first wavelength conversion substance and the Area containing the second wavelength conversion substance contains particularly preferably the radiation-emitting front side of Semiconductor body so subordinate that the wavelength in the radiation of the first wavelength from the respective wavelength conversion substance is converted, seen from the semiconductor body in its Radiating direction shorter in each case is as the wavelength in the respects the emission direction of the semiconductor body preceding wavelength conversion substance the radiation of the first wavelength converted. Such a spatial separate arrangement of the wavelength conversion materials offers the advantage of absorbing already from one wavelength conversion substance converted radiation by the other wavelength conversion substance can be particularly effectively reduced.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist dem ersten Wellenlängenkonversionsstoff und ggf. dem zweiten Wellenlängenkonversionsstoff in Abstrahlrichtung des Halbleiterkörpers eine zweite selektiv reflektierende Schicht nachgeordnet, die einen vorgegeben Anteil der Strahlung der ersten Wellenlänge selektiv reflektiert und für einen weiteren Teil der Strahlung der ersten Wellenlänge sowie für Strahlung der zweiten Wellenlänge und ggf. für Strahlung der dritten Wellenlänge durchlässig ist. Mit Hilfe einer solchen zweiten selektiv reflektierenden Schicht kann die Wahrscheinlichkeit erhöht werden, dass Strahlung der ersten Wellenlänge von dem ersten oder ggf. dem zweiten Wellenlängenkonversionsstoff umgewandelt wird. Auf diese Weise kann der Anteil an konvertierter Strahlung gezielt erhöht werden und daher vorteihafterweise ein Bauelement mit einer geringeren Menge an Wellenlängenkonversionsstoffen realisiert werden gegenüber einem Bauelement ohne zweite selektiv reflektierende Schicht.at a further preferred embodiment is the first wavelength conversion substance and optionally the second wavelength conversion substance in the emission direction of the semiconductor body, a second selectively downstream reflecting layer, which has a predetermined proportion the radiation of the first wavelength selectively reflected and for another part of the radiation of the first wavelength as well for radiation the second wavelength and possibly for Radiation of the third wavelength is permeable. With the aid of such a second selectively reflecting layer the likelihood can be increased that radiation of the first wavelength of the first or possibly the second wavelength conversion substance is converted. In this way, the proportion of converted Increased radiation targeted be vorteihafterweise a device with a lower Amount of wavelength conversion substances be realized opposite a device without a second selectively reflecting layer.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform weisen die erste und/oder ggf. die zweite selektiv reflektierende Schicht eine Schichtenfolge mit dielektrischen Schichten mit alternierend hohem und niedrigem Brechungsindex auf. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der ersten und/oder ggf. der zweiten selektiv reflektierenden Schicht mit einer Schichtenfolge aus dielektrischen Schichten mit alternierend hohem und niedrigem Brechungsindex um einen Bragg-Reflektor, da ein solcher gegenüber anderen spiegelnden Schichten, wie z.B.at have an expedient embodiment the first and / or optionally the second selectively reflecting layer a layer sequence with dielectric layers with alternating high and low refractive index. Particularly preferred is it is at the first and / or optionally the second selectively reflective Layer with a layer sequence of dielectric layers with alternating high and low refractive index around a Bragg reflector, as opposed to such other reflective layers, e.g.
Metallschichten, in der Regel geringere Absorption der reflektierten Strahlung aufweist. Ein Bragg-Reflektor ist dem Fachmann bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.Metal layers, usually has lower absorption of the reflected radiation. A Bragg reflector is known in the art and is therefore at this Do not move closer explained.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Halbleiterkörper in der Regel nicht Strahlung einer einzigen ersten Wellenlänge aussendet, sondern Strahlung mehrerer unterschiedlicher erster Wellenlängen, die bevorzugt von einem gemeinsamen ersten Wellenlängenbereich umfasst werden. Der erste oder ggf. der zweite Wellenlängenkonversionsstoff wandelt Strahlung zumindest von einer einzigen ersten Wellenlänge in Strahlung mindestens einer weiteren, zweiten oder dritten Wellenlänge um. In der Regel wandelt der erste oder ggf. der zweite Wellenlängenkonversionsstoff Strahlung mehrerer erster Wellenlängen, die bevorzugt von einem ersten Wellenlängenbereich umfasst werden, in Strahlung mehrerer weiterer, zweiter oder dritter Wellenlängen um, die wiederum bevorzugt von einem weiteren gemeinsamen zweiten oder dritten Wellenlängebereich umfasst werden.It It should be noted that the semiconductor body is usually not radiation a single first wavelength but radiation of several different first wavelengths, the preferred be covered by a common first wavelength range. The first or possibly the second wavelength conversion substance converts radiation at least of a single first wavelength in radiation at least another, second or third wavelength. In general, converts the first or possibly the second wavelength conversion substance radiation several first wavelengths, which are preferably covered by a first wavelength range, in radiation of several further, second or third wavelengths, which in turn preferably from another common second or third wavelength range be included.
Der erste bzw. der zweite Wellenlängenkonversionsstoff wandelt Strahlung der ersten Wellenlänge in Strahlung der zweiten bzw. dritten Wellenlänge um, indem er diese absorbiert, hierdurch in einen angeregten Zustand übergeht und durch Reemission von Strahlung einer größeren Wellenlänge wieder in den Grundzustand zurückkehrt.The first or the second wavelength conversion substance converts radiation of the first waves Length in radiation of the second and third wavelength, by absorbing them, thereby merges into an excited state and returns by re-emission of radiation of a longer wavelength back to the ground state.
Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden
in Verbindung mit den
Es zeigen:It demonstrate:
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr kennen einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichtdicken oder Partikelgrößen, zum besseren Verständnis und/oder besseren Darstellbarkeit übertrieben groß dargestellt sein.In the embodiments and figures are the same or equivalent components respectively provided with the same reference numerals. The illustrated elements and their proportions are basically not as true to scale rather, individual elements, such as layer thicknesses, are familiar or particle sizes, for better understanding and / or better representability exaggerated be.
Bei
dem Ausführungsbeispiel
des optoelektronischen Bauelementes gemäß
Der
Halbleiterkörper
Als
erster Wellenlängenkonversionsstoff
Das
Emissionsspektrum eines Wellenlängenkonversionsstoffes
Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß
„Im Wesentlichen
homogen verteilt" bedeutet im
vorliegenden Zusammenhang, dass die Partikel des Wellenlängenkonversionsstoffes
Von
der strahlungsemittierenden Vorderseite
Die
erste selektiv reflektierende Schicht
Als niedrig brechendes Material wird hierbei Siliziumdioxid (SiO2) mit einem Brechungsindex von ca. 1,5 verwendet. Diese niedrig brechenden SiO2-Schichten wechseln sich mit hoch brechenden Schichten ab, die beispielsweise Titandioxid (TiO2) mit einem Brechungsindex von ca. 2,9 umfassen. Anstelle des Titandioxids kann beispielsweise auch Magnesiumfluorid (MgF2), Aluminiumoxid (Al2O3), Tantaloxid (TaO) oder Hafniumdioxid (HfO2) als hoch brechendes Material verwendet werden. Diese Schichten können in der Regel aufgedampft, aufgesputtert oder mittels chemischer Verfahren (chemical vapour deposition, kurz „CVD") aufgebracht werden.In this case, silicon dioxide (SiO 2 ) having a refractive index of about 1.5 is used as the low-refractive index material. These low-refraction SiO 2 layers alternate with highly refractive layers comprising, for example, titanium dioxide (TiO 2 ) with a refractive index of about 2.9. Instead of titanium dioxide, it is also possible, for example, to use magnesium fluoride (MgF 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), tantalum oxide (TaO) or hafnium dioxide (HfO 2 ) as a high refractive index material. These layers can usually be vapor-deposited, sputtered on or applied by means of chemical processes (chemical vapor deposition, "CVD" for short).
Weiterhin
kann als erste selektiv reflektierende Schicht
Wie
den
Die
Schichtenfolge gemäß der
Bei
dem Bauelement gemäß
Bei
dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Im
Unterschied zu den Ausführungsbeispielen
gemäß den
Im
Unterschied zu den Ausführungsbeispielen
gemäß den
Die
zweite Wellenlängenkonversionsschicht
Der
zweite Wellenlängekonversionsstoff
Im
Unterschied zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß der
Der
erste und der zweite Wellenlängenkonversionsstoff
Als
Matrixmaterial für
die Umhüllung
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The The invention is not by the description based on the embodiments limited to these. Rather, the invention encompasses every new feature as well as every combination of features, in particular any combination of features in the claims includes, even if this feature or this combination itself not explicitly in the patent claims or embodiments is specified.
Claims (26)
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